Management RAMS a jeho uplatňování v praxi ŠKODA ... · Spolehlivost (základní atribut...

ČESKÁ SPOLEČNOST PRO JAKOST

Novotného lávka 5, 116 68 Praha 1

Management RAMS

a jeho uplatňování v praxi

ŠKODA TRANSPORTATION s.r.o.

a ŠKODA ELECTRIC a.s.

Materiály z 30. setkání

odborné skupiny pro spolehlivost

Praha, únor 2008

OBSAH Co je RAMS a jaké jsou důvody jeho zavádění ve skupině ŠKODA TRANSPORTATION Miroslav Šmiřák, dipl. tech.

3

Struktura RAMS a úloha v managementu ŠKODA Ing. Dita Bayerová.

11

RAMS kolejového vozidla Ing. Jakub Kůstka

19

RAMS trakčního motoru Ing. Petr Macoun

37

Strana 3 (celkem 57)

Co je RAMS a jaké jsou důvody jeho zavádění ve skupině ŠKODA

TRANSPORTATION

Miroslav Šmiřák, dipl. tech., ředitel Řízení jakosti ŠKODA ELECTRIC a.s., tel. +420 378 181 018,

+420 603 884 652, e-mail: [email protected]

1. Co je systém RAMS - stručný úvod

1.1 Výklad pojmů

Cílem prezentace není podrobně vysvětlit účastníkům systém RAMS, pojmy a definice, metody

apod. Proto úvodní část slouží jen k rekapitulaci základních pojmů a účelu systému RAMS.

Systém RAMS/LCC zahrnuje:

Provozní spolehlivost (RAM)

Reliability = Bezporuchovost (pravděpodobnost výskytu poruch během provozu)

Availability = Pohotovost (schopnost vykonávat funkci)

Maintainability = Udržovatelnost (schopnost být obnoven)

Bezpečnost (S - Safety)

Náklady životního cyklu (LCC)

Pojem RAMS má několik významů:

a) zkratka z anglických slov Reliability, Availability, Maintainability, Safety

b) obecný pojem pro spolehlivost v oboru drážních zařízení

c) parametry a hodnoty spolehlivosti produktu

d) management procesů, které rozhodují o hodnotách spolehlivosti produktu

1.2 Pojem „Disponibilita“

Protože se v některých požadavcích zákazníků objevuje pojem „Disponibilita“, je vhodné si

vyjasnit, co vlastně tento pojem znamená. Je to nezbytné, protože základem pro veškerá jednání

o spolehlivosti je používání správné a oboustranně jasné terminologie.

Norma ČSN EN 50 126 Drážní zařízení - Stanovení a prokázání bezporuchovosti, pohotovosti,

udržovatelnosti a bezpečnosti (RAMS) pojem „disponibilita“ nezná, i když třeba ve francouzské

verzi tento pojem je. V české verzi je používán pojem „pohotovost“, anglicky „availability“.

Pohotovost v sobě zahrnuje

bezporuchovost, která se zjišťuje buď z provozních zkušeností na základě vyhodnocování dat

o provozu a poruchách zařízení, nebo se predikuje pomocí vhodných metod z oboru

spolehlivosti, např. analýzou způsobů a důsledků poruch (FMEA), analýzou stromem

poruchových stavů (Fault Tree Analysis) aj.; jedním z ukazatelů je např. střední doba do poruchy

MTTF nebo střední doba mezi poruchami MTBF (vyjadřuje „jak často se výrobek porouchá“

a co má na poruchovost největší vliv)

udržovatelnost a zajištěnost údržby, skládající se z plánovaných prostojů (kvůli preventivní

údržbě) a neplánovaných prostojů (kvůli údržbě po poruše = odstranění poruchového stavu

a znovuuvedení do stavu pohotovosti). Koresponduje rovněž s FMEA či FTA, kdy ke každému

mailto:[email protected]


poruchovému stavu uzlu nebo komponentu se definuje způsob opravy (jak to opravím) a doba

opravy (jak dlouho mi to bude trvat), tzn. že se stanoví pracnost včetně doby na identifikaci

vadného dílu, dále jeho přístupnost, snadnost či obtížnost opravy, logistická zajištěnost

a dostupnost ND, přípravků a osob, dodatečné zkoušky zařízení po opravě apod.)

Z definice uvedené v ČSN EN 50126: (Pohotovost/Availability: schopnost výrobku provádět

požadovanou funkci v daných podmínkách, v daném časovém okamžiku nebo v daném časovém

intervalu, za předpokladu, že jsou zajištěny požadované externí prostředky) vyplývá, že ji lze

jednoduše vyjádřit jako poměr součtu dob vozidla v provozuschopném stavu ku součtu dob

vozidla v provozuschopném stavu a v neprovozuschopném stavu. Přičemž do součtu dob vozidla

v neprovozuschopném stavu se uvažují jen doby z vnitřních příčin, tj. doby poruch a preventivní

údržby. Je to zjednodušeně řešeno, protože existují různé ukazatele pohotovosti popsané

příslušnými matematickými vztahy.

2. Management RAMS jako integrální součást managementu

2.1 Management RAMS

Je definován standardem EN 50126.

Může být certifikován samostatně.

Má být integrální součástí managementu podniku.

Řízení procesů je rozhodujícím faktorem pro dosahování požadovaných hodnot spolehlivosti

produktu.

Spolehlivost (základní atribut jakosti) je determinována řadou různých procesů

probíhajících v podniku.

Management RAMS je tedy orientován na procesy (řízení procesů).

Většina těchto procesů je v podniku již předmětem procesního řízení.

Management RAMS tedy využívá stávající procesy, organizuje je cíleně k řízení

spolehlivosti a doplňuje o dosud chybějící procesy (dovednosti).

2.2 Do kterých oblastí a procesů zasahuje

Management RAMS působí na procesy podle etap životního cyklu výrobku1, které zpravidla

odpovídají posloupnosti a návaznostem realizačních procesů ve firmě podle EN ISO 9001.

Koncepce a stanovení požadavků - kapitola 7.2, normy, ve ŠKODA ELECTRIC proces

P 702 Přezkoumání smlouvy.

Návrh a vývoj („vprojektování“ spolehlivosti do návrhu - projektu, konstrukce,

technologie a stanovení programu kontrol a zkoušek k ověřování a validaci návrhu) -

kapitola 7.3 normy, ve ŠKODA ELECTRIC procesy P 704 Řízení návrhu a P 705

Technologická příprava výroby.

Výroba - kapitoly 7.4 a 7.5 normy, ve ŠKODA ELECTRIC procesy P 706 Nakupování,

P 709 Výroba a P 801-804 Kontroly a zkoušky.

1 Zde uvedeno zjednodušeně, norma EN 50126 uvádí 14 etap životního cyklu: 1. Koncepce; 2. Definice produktu a podmínek

použití; 3. Analýza rizika, 4. Požadavky na produkt; 5. Rozdělení požadavků na produkt; 6. Návrh a zavedení; 7. Výroba; 8.

Instalace; 9. Validace produktu; 10. Přejímka produktu; 11. Provoz a údržba; 12. Sledování výkonnosti 13. Modifikace a

regenerace14. Vyřazení z provozu a likvidace.


Instalace - kapitola 7.5 normy, ve ŠKODA ELECTRIC proces P 709 Výroba a P 801-804

Kontroly a zkoušky.

Provoz a údržba - kapitoly 8.2, 8.3, 8.4 a 8.5 normy, ve ŠKODA ELECTRIC proces

P 712 Poprodejní služby.

Vypořádání (likvidace) 2.

Samozřejmě systém RAMS ovlivní další firemní procesy, nejen realizační (kapitoly 4 a 5

normy).

2.3 Co umožňuje zavedený systém RAMS/LCC

RAMS/LCC je systém zahrnující procesy, činnosti, metody a nástroje, které umožňují:

Predikovat již ve fázi návrhu výrobku parametry jeho spolehlivosti, určovat jeho kritické

prvky a podle potřeby přijímat opatření v technickém řešení výrobku.

Odhadnout náklady životního cyklu výrobku (v garanci jde o náklady výrobce, po

garanci jde o náklady uživatele, který je chce předem znát).

Plánovat realizaci a zkoušky produktu s cílem zachytit případné odchylky od

specifikovaných požadavků ještě před jeho předáním zákazníkovi.

Stanovit podmínky pro provoz výrobku (návod k obsluze).

Stanovit optimální požadavky na systém preventivní údržby s cílem udržet parametry

provozní spolehlivosti (pohotovost výrobku), včetně plánování dostupnosti potřebných

ND.

Stanovit postupy pro zjišťování poruch a jejich příčin a optimalizaci jejich odstraňování

(diagnostika, postupy, přípravky…).

Pomocí zpětné vazby ze záručního a pozáručního provozu hodnotit provozní spolehlivost

výrobku a podle výsledku zavádět vhodná opatření v technickém řešení a v systému

údržby.

2.4 Proč na nás zákazník chce „prokázat RAMS“?

Protože:

V záručním provozu neseme náklady na „nespolehlivost“ našeho výrobku my, ale

zákazník garantuje uživateli našeho výrobku jeho provozuschopnost a udržovatelnost po

celou dobu užitečného života výrobku.

Uživatel našeho výrobku nese v pozáručním provozu veškeré náklady na udržení

výrobku v provozu pomocí preventivní údržby a údržby po poruše, kterou jsme stanovili

my jako výrobci na základě analýz RAMS/LCC. Čísla, která zákazníkovi předáváme,

musí být věrohodná a prokazatelná.

Zákazník chce vědět o rizicích provozu našeho výrobku ještě předtím, než sjedná

parametry RAMS/LCC s konečným uživatele výrobku a než vynaloží velké náklady na

pořízení našeho výrobku a velmi nelibě nese, když musí vynakládat další vysoké náklady

se kterými nepočítal pro pozáruční provoz.

2 V některých etapách životního cyklu se začínají prolínat požadavky na RAMS, LCC a environment.


3. Projekt zavádění RAMS ve skupině ŠKODA TRANSPORTATION

3.1 Historie zavádění systému RAMS ve ŠKODA ELECTRIC

V roce 2004 jsme se na základě výsledků auditu provedeného jedním z našich zákazníků poprvé

začali hlouběji seznamovat se systémem RAMS a začali jsme zjišťovat možnosti jeho zavedení.

V té době jsme navázali kontakty s odborníky z českých univerzit.

První, trochu „naivní“ představy o zavedení systému, hlavně rozsahu a termínu jsme velmi

rychle opustili a začali pracovat na návrhu projektu zavádění systému podle normy. První návrhy

byly předloženy vedení ŠKODA ELECTRIC a po úpravách byl projekt schválen.

Vzhledem k rozsahu prací a k nákladům na implementaci, včetně nákladů na poradenství jsme na

začátku roku 2005 zvolili jinou cestu - zavádění systému v celé skupině ŠKODA

TRANSPORTATION v rámci společného projektu. To samozřejmě, vzhledem k rozsahu prací a

k předpokládaným nákladům, vyžadovalo schválení postupu a schválení nákladů na realizaci

vrcholovým vedením ŠKODA.

3.2 Východiska

V době vypracování návrhu (polovina 2005) pro Představenstvo ŠKODA HOLDING byl

výchozí stav ve společnostech skupiny TRANSPORTATION rozdílný.

Ve ŠKODA ELECTRIC s.r.o. (dnes a.s.) již předtím existovaly požadavky zákazníků na

stanovení parametrů RAMS pro trakční motory, ale nebyla k dispozici „provozní data“

o spolehlivosti, parametry byly stanovovány pomocí odhadů z údajů o poruchách motorů

v záručním provozu.

Ve ŠKODA TRANSPORTATION s.r.o. nebyly požadavky zákazníků na parametry RAMS ani

na jejich prokázání, ale byl k dispozici systém sběru provozních dat o poruchách výrobků.

Tyto rozdíly byly brány v úvahu při předkládání návrhu na zavedení RAMS - základním cílem

ale zůstalo vytvoření funkčního systému RAMS a certifikace jeho shody s požadavky podle EN

50 126 ve všech společnostech, s využitím všech synergií ve skupině:

- podobná výrobková struktura,

- možnost koordinace činností a spolupráce při řešení problémů,

- využití synergií při plánování spolehlivosti, potřeby ND a provozu garančních skladů

u společných obchodních případů,

- využití společného informačního systému pro vytvoření datové základny RAMS (systém

BaaN ERP),

- využití jednotných softwarových nástrojů pro výpočty spolehlivosti,

- úspora nákladů na přípravu a zavádění systému.

3.3 Důvody

Aby vrcholové vedení ŠKODA HOLDING schválilo realizaci projektu a čerpání prostředků,

bylo nutné připravit řádně odůvodněný návrh a dostatečné argumenty. Ty vycházely z toho, že:

- požadavky zákazníků na zahrnutí parametrů RAMS do technických specifikací výrobků

i na jejich prokázání velmi rychle porostou, protože „velcí hráči“ na trhu tyto systémy

zavedli a zvládli a budou je vyžadovat na svých dodavatelích,


- zavádění RAMS je dlouhodobý proces, nelze začít „ze dne na den“; vyžaduje přípravu

a postupné zavádění; je třeba začít co nejdříve, s ohledem na zákazníky ale i na

konkurenci,

- zmeškání trendu by mohlo za několik let znamenat zhoršení pozice na trhu a neschopnost

plnit požadavky zákazníků,

- pro skupinu TRANSPORTATION je to příležitost stát se jedním z lídrů v ČR, ale

současně hrozba v případě, že ztratí krok s konkurencí.

Dále byly specifikované možné přínosy zavedeného systému RAMS pro skupinu, zejména:

Vyšší bezporuchovost a pohotovost výrobků ŠKODA, lepší udržovatelnost a zajištěnost

údržby.

Splnění požadavků zákazníků, spolehlivost výrobku „šitá na míru“ zákazníka.

Možnost realizovat produkt za vyšší cenu v souvislosti s jeho vyšší spolehlivostí

a udržovatelností.

Zlepšení servisní logistiky včetně dostupnosti ND, optimalizace struktury a množství

ND, omezení nadbytečných zásob ND.

Predikce potřeby ND a optimalizace údržby výrobků, a vytvoření předpokladů pro

poskytování doživotního servisu výrobků.

Účinnější ovládání rizik a bezpečnosti.

Lepší řízení dodavatelů a specifikace požadavků na spolehlivost nakupovaných produktů.

Optimalizování celoživotních nákladů.

Růst dobré pověsti společnosti, lepší postavení na trhu a vyšší konkurenceschopnost.

Zvýšení způsobilosti a odborné úrovně vlastních pracovníků.

Součástí předloženého návrhu byla také identifikace rizik, kterými může být:

Podcenění významu RAMS/LCC pro budoucí projekty skupiny TRANSPORTATION.

Nedostatek zdrojů pro řešení projektu.

Nedostatečné získání pracovníků pro řešení projektu.

Nedořešení projektu (zastavení se na polovině cesty).

Zjevné přínosy nepřijdou hned a budou se jevit jako nízké.

Uplatněný systém managementu spolehlivosti nebude dostatečně udržován a podporován.

4. Realizace projektu

4.1 Přípravné období 2006-2007

Po schválení návrhu na zavádění systému RAMS ve skupině ŠKODA TRANSPORTATION

následovaly další kroky:

- jmenování tým pro zavádění systému,

- odborný seminář pro vrcholové vedení ŠKODA ELECTRIC,

- vyhlášeno výběrové řízení na implementaci RAMS ve skupině,

- školení týmu RAMS,

- schválení výběru společnosti.Alopex, s.r.o., pro implementaci RAMS a zahájení činností,

- mapování aktuálního stavu a první návrhy na realizaci datové základny pro

potřeby RAMS,

- vytvoření metodického dokumentu pro systém sběru dat o provozu,

- vytvoření vzorů základních řídicích dokumentů pro systém RAMS,


- zapojení oddělení ICT (oddělení Informačních a komunikačních technologií) ŠKODA

HOLDING, vytvoření návrhu Hlášenky poruchy s využitím BaaN ERP,

- analýzy RAMS/LCC na některých projektech ŠKODA ELECTRIC (trakční motory,

elektrická výzbroj) s využitím metodik pro predikci parametrů spolehlivosti

a udržovatelnosti,

4.2 Aktuální stav - po 2,5 letech

Došlo k naplnění prognóz - požadavky zákazníků rostou, nejen na „podepsání“ parametrů

RAMS, ale i na „prokázání RAMS“ („jak jste k těm hodnotám dospěli, kde jsou ta slabá místa,

jaká jsou vaše opatření, ukažte nám výpočty a analýzy…“)

Jak jsme na tom tedy dnes?

Je problém s personálním zajištěním oblasti RAMS/LCC a s kvalifikací personálu.

Přetrvává problém s překonáním názoru, že RAMS je záležitost nějakých nadšenců,

nikoliv standardní součástí práce (objevují se tvrzení typu „… nemáme na to čas, musíme

pracovat, projektovat, konstruovat… “).

Máme už zvládnuté některé techniky a máme praktické zkušenosti a analýzami RAMS

(s predikcemi, i s hodnocením v provozu) - viz další příspěvky ve sborníku a prezentace

na tomto semináři.

Máme hotovou velkou část prací na vytvoření datové základny pro RAMS.

Začínáme do oblasti RAMS zapojovat některé dodavatele.

4.3 Jaké jsou momentální úkoly v oblasti RAMS (ŠKODA ELECTRIC a.s.)

Jsme pod tlakem zákazníků, zejména u nových trakčních motorů, ale požadavky začínají narůstat

i u některých dalších částí elektrické výzbroje vozidel.

Co tedy musíme aktuálně zajišťovat, abychom naplnili aktuální požadavky zákazníků:

Zvládnout techniky pro predikce parametrů spolehlivosti trakčních motorů a částí

elektrické výzbroje větším počtem techniků (u trakčních motorů je možná určitá

„typizace“ výrobků z hlediska RAMS).

Dokončit rozpracované studie RAMS/LCC motorů pro naše zákazníky.

4.4 Co musíme ve ŠKODA ELECTRIC zajišťovat do plného zavedení systému

Vyjasnit role útvarů a osob při zajišťování požadavků zákazníků a vymezit činnosti

a odpovědnosti napříč společností v jednotlivých etapách

Ve fázi poptávky, nabídky, smlouvy je třeba:

- zjišťovat požadavky zákazníka, nepodepisovat nic bez konzultací,

- posuzovat jeho požadavky s využitím dosavadních znalostí a zkušeností, podle možností

odhadnout parametry spolehlivosti pro nabídku,

- vždy vyvíjet tlak na vypracování oboustranného „ujednání o RAMS“: terminologie,

normy, parametry, systém předávání informací (FRACAS - Failure Reporting And

Corrective Action System), vzorce a výpočty pro hodnocení parametrů atd.) jako součást

smlouvy, technických specifikací výrobku apod.

Ve fázi návrhu musíme:

- vypracovat „dekompozici“ výrobku,

- vypracovat blokový diagram výrobku a vypracovat odhady bezporuchovosti pomocí

FTA,


- věnovat větší pozornost předpisům pro preventivní údržbu, začít pracovat na předpisech

pro údržbu po poruše (obecně zlepšování udržovatelnosti výrobků),

- identifikovat slabá místa návrhu s využitím FMEA, FMECA,

- specifikovat požadavky na RAMS pro nakupované položky,

- vypracovat systém sledování konfigurace výrobku vycházející z dekompozice výrobku,

- vypracovat plán jakosti (plán kontrol a zkoušek) vycházející z dekompozice výrobků a

z výsledků analýz FMEA,

- validovat návrh formou typových zkoušek.

Ve fázi realizace je třeba:

- dodržovat požadavky stanovené návrhem - výrobní postupy, plán kontrol a zkoušek,

identifikace dílů pro konfiguraci, záznamy o kvalitě …),

- parametry RAMS brát v úvahu při výběru vhodného dodavatele,

- vyžadovat od dodavatelů výrobky se stanovenou kvalitou a spolehlivostí.

Ve fázi po prodeji musíme:

- zajistit systém sběru dat o výrobcích, snažit se získávat všechny dostupné provozní údaje

(provoz, údržba, poruchy…),

- spolupracovat se zákazníkem/uživatelem na identifikaci poruch a jejich závažnosti,

- hodnotit parametry bezporuchovosti a porovnávat je s predikcemi,

- zajistit zpětnou vazbu výstupů z „provozní“ RAMS do technických útvarů.

4.5 Co je nutné zajistit pro podporu zavádění systému

Dokončit ve spolupráci s ICT ŠH vytvoření datové základy v BaaN ERP a spustit „ostrý

provoz“.

Vyškolit klíčové uživatele a pracovníky dalších útvarů v BaaN Servis.

Vybrat a schválit „pilotní projekt“ v rámci kterého bude vytvářen a zaváděn systému

RAMS podle normy.

Zahájit práce na pilotním projektu a na tvorbě systémové dokumentace pro oblast RAMS.

Vytvářet vlastní databázi spolehlivostních parametrů výrobků ve ŠKODA ELECTRIC.

Personálně zajistit oblast RAMS/LCC.

4.6 Pilotní projekt RAMS - k čemu to bude?

Pro zavádění systému RAMS se nám jeví jako optimální postup využít „pilotního projektu

RAMS“, tj. konkrétní obchodní případ nového výrobku ŠKODA, v rámci jehož realizace by se:

- postupně, etapu po etapě životního cyklu výrobku, vytvářely a zaváděly do praxe

metodiky a postupy RAMS včetně systémové dokumentace,

- vypracoval „Program RAMS“ pilotního projektu jako vzor pro další „Programy“,

- prakticky aplikovaly metodiky a postupy RAMS na konkrétním výrobku,

- do systémové dokumentace integrovaného systému managementu postupně zapracovalo

rozdělení činností a odpovědností za jednotlivé části RAMS ve společnosti, hlavně do

jednotlivých procesních směrnic (směrnic pro realizačních procesy),

- školili specialisté odborných útvarů, od obchodu po poprodejní službyů

- zapojovali dodavatelé významných komponentů do systému RAMS ŠKODA.


5. Závěr

Co lze z popsané situace vyvodit… Když se podíváme jen několik let zpátky a jen několik let do

budoucnosti, lze podle mého názoru v dnešní situaci v oblasti systémového zvládnutí RAMS

nalézt jistou podobnost nebo identitu:

Se situací začátkem 90. let a požadavky na QMS podle EN ISO 9001. Firmy, které měly

zavedený QMS se daly spočítat na prstech, pokládalo se to za něco nadstandardního.

Dnes je to nutná podmínka úspěchu v podnikání.

Se situací v současné době, kdy se totéž odehrává v oblasti EMS podle EN ISO 14001

nebo bezpečnosti a ochrany zdraví při práci podle OHSAS 18001.

Na základě toho se odvážím vyvodit obecnou prognózu dalšího vývoje v oblasti RAMS:

Systémové zvládnutí oblasti RAMS bude v blízké době nutnou podmínkou pro firmy

podnikající v oboru dopravního strojírenství.

Každý výrobce, který bude chtít dodávat své výrobky pro užití v drážních zařízeních,

bude muset mít v horizontu několika let své systémy řízení v souladu s požadavky normy

sdružení IRIS a bude k nim muset mít certifikát shody; a tato norma vyžaduje zavedení

a funkčnost systému RAMS jako nutnou podmínku certifikace.

Tlak trhu a konkurence způsobí, že odpovídající výstupy z analýz RAMS

(bezporuchovost, udržovatelnost, LCC) budou požadovány jako nedílná součást

technických parametrů výrobků, jinak nebude možné v konkurencí uspět; parametry se

stanou součástí specifikovaných požadavků zákazníků.

A na úplný na závěr pár osobních úvah:

Je velmi dobře, že na zavádění systému RAMS podle EN 50126 pracuje právě ŠKODA

HOLDING a.s., jako jeden z lídrů v dopravním strojírenství v České republice.

Je velmi dobře, že ŠKODA nezmeškala vývoj v této oblasti a přes některá zpoždění

postupuje k plnému zavedení systému.

A je velmi dobře, že know-how v oblasti RAMS se z akademické půdy přenáší

k významnému výrobci dopravní techniky.



Struktura RAMS a úloha v managementu ŠKODA

Ing. Dita Bayerová, ŠKODA TRANSPORTATION s.r.o., tel.: +420378186159

e-mail: [email protected]

1. Úvod

Systém RAMS (spolehlivost, bezporuchovost, pohotovost, udržovatelnost a bezpečnost)

umožňuje pomocí vhodných metod a nástrojů již ve fázi návrhu výrobku předpovědět

parametry jeho spolehlivosti, určovat jeho kritické prvky, pomocí informací z provozu

ověřovat správnost těchto předpovědí a dle potřeby přijímat opatření v technickém řešení

výrobku.

Společnost ŠKODA má bohatou podnikatelskou tradici a spolupracuje s velkou řadou

domácích i zahraničních subjektů. Z toho vyplývá rostoucí zájem o spolehlivost jako takovou.

Požadavky zákazníků na spolehlivost našich výrobků jsou čím dál vyšší a rozsáhlejší. Pro

představu o těchto požadavcích jsou některé z nich uvedeny v tab. 1.

Tab. 1: Příklad spolehlivostních požadavků zákazníků

Parametr spolehlivosti Požadavek zákazníka

Specifikace parametru Požadované hodnoty

Bezporuchovost

Průměrný proběh mezi 2 po

sobě následujícími

poruchami, jež způsobí

zpoždění vlaku (> 5 minut)

< 350 000 km

MDBF 10 000 km

Životnost Životnost vlakové soupravy 30 let

Udržovatelnost

Proběh do periodické /

generální / vyvazovací

opravy

60 000 km / 500 000 km /

600 000 km

Pohotovost Pohotovost (disponibilita) ≥ 0,92

Tento stále větší důraz na spolehlivost a v mnohých případech i hrozící sankce za nesplnění

deklarovaných parametrů nás přiměl k hlubšímu proniknutí do této problematiky.

2. Historie zavádění RAMS ve ŠKODA TRANSPORTATION s. r. o.

Jak již bylo zmíněno v předchozím příspěvku, obě dále jmenované společnosti byly na

začátku „zavádění RAMS“ v jiné, dalo by se říci odlišné, situaci. ŠKODA

TRANSPORTATION s.r.o. měla zavedený systém sběru dat, na ŠKODA ELECTRIC a.s.

doléhaly rostoucí požadavky zákazníků na spolehlivost. Po seznámení s problematikou

RAMS se vedení ŠKODA HOLDING a.s. rozhodlo tyto zkušenosti využít a zavést komplexní

systém spolehlivosti přes celou skupinu TRANSPORTATION, tedy ŠKODA

TRANSPORTATION s.r.o. a ŠKODA ELECTRIC a.s.




ŠKODA TRANSPORTATION s.r.o. se v současné době zabývá projektem Spolehlivostní

data a softwarová podpora pro RAMS, který je řešen napříč celou skupinou a snahou je

vybudovat jednotný a funkční systém sběru a analýzy dat.

3. Management ŠKODA a RAMS

Management RAMS vychází z normy ČSN EN 50 126 Drážní zařízení - Stanovení

a prokázání bezporuchovosti, pohotovosti, udržovatelnosti a bezpečnosti (RAMS). Norma

definuje proces řízení RAMS na základě životního cyklu systému a systematicky popisuje

požadavky na RAMS, včetně prokázání, že tyto požadavky jsou splněny.

Ve ŠKODA TRANSPORTATION s.r.o. je zaveden integrovaný systém řízení, viz obr. 1,

který vrcholově popisuje Příručka jakosti a RAMS. Obecné postupy činností týkajících se

RAMS obsahuje Směrnice pro stanovení a prokázání bezporuchovosti, pohotovosti,

udržovatelnosti a bezpečnosti (RAMS).

Pro každý projekt je vytvářen Program RAMS projektu, jež je obecně specifikován Směrnicí

programu RAMS projektu.

Kromě vrcholových dokumentů zastřešujících systém RAMS máme k dispozici jednotlivé

metodiky:

Návody a postupy pro bezporuchovost

Návody a postupy pro pohotovost

Návody a postupy pro udržovatelnost a zajištěnost údržby

Návody a postupy pro bezpečnost

Návody a postupy pro životnost, náhradní díly a záruky

Návody a postupy pro zkoušky spolehlivosti

Návody a postupy pro vyhodnocení dat z provozu

Obr. 1: Integrovaný systém řízení



4. Směrnice pro tvorbu programu RAMS

Management RAMS vychází z životního cyklu produktu a dílčí kroky vztahuje k jednotlivým

etapám napříč životním cyklem výrobku.

Životní cyklus produktu tvoří posloupnost etap, z nichž každá zahrnuje úkoly, pokrývající

celou dobu existence systému, od počáteční koncepce až po vyřazení z provozu a likvidaci.

Životní cyklus poskytuje základní strukturu pro plánování, management, kontrolu a sledování

všech aspektů systému, včetně RAMS, během postupu systému jednotlivými etapami.

Životní cyklus používaný ve ŠKODA TRANSPORTATION vychází z doporučení normy

ČSN EN 50126 a obsahuje tyto etapy:

1. Koncepce

2. Definice systému a podmínek použití

3. Analýza rizika

4. Požadavky na systém

5. Rozdělení požadavků na systém

6. Návrh a zavedení

7. Výroba

8. Instalace

9. Validace systému

10. Přejímka systému

11. Provoz a údržba

12. Sledování výkonnosti

13. Modifikace a regenerace

14. Vyřazení z provozu a likvidace

Každé etapě životního cyklu jsou přiřazeny odpovídající úkoly RAMS. Pokud nejsou

u daného systému aplikovatelné, je možné je vypustit.

Pro každou etapu jsou vymezeny cíle, výstupy, procesy, úkoly a další specifické znaky

důležité pro RAMS obecného produktu. K tomu, aby byly naplněny slouží program RAMS.

Směrnice pro tvorbu programu RAMS definuje standardní program RAMS. Je navržený tak,

aby pokrýval všechny úkoly (procesy a činnosti), jejichž aplikace při zabezpečování RAMS

přichází do úvahy s ohledem na specifické podmínky společnosti a charakter typických

produktů. Standardní program RAMS tedy představuje univerzální, široce pojatý program

RAMS, který slouží jako výchozí podklad pro tvorbu programů RAMS jednotlivých produktů

(projektů).

Ze standardního programu RAMS se odvozují konkrétní programy RAMS jednotlivých

projektů. Program RAMS projektu je tedy přizpůsoben danému produktu, požadavkům

zákazníka a dalším specifikům. Jde tedy o program RAMS „šitý“ na míru konkrétnímu

projektu.

Představu o standardním programu RAMS je možné si učinit z obr. 2 a 3, kde jsou ukázky

jeho obsahu týkající se etapy 4 a etapy 12.



Etapa 4: Požadavky na systém

Název projektu (systému): Odpovědný pracovník:

Program RAMS

Etapa P.č. Úkol RAMS Nástroje Plní Termín Výstupy Pozn.

Požadavky

na systém

4.1

Specifikovat

požadavky na

RAMS a

funkční

požadavky

spojené

s RAMS.

Návody a

pokyny pro

specifikaci a

alokaci

požadavků na

RAMS

ČSN IEC 300-

3-4

Přehled

požadavků

na RAMS

systému

4.2

Definovat

kritéria

přejímky

týkající se

RAMS.

Návody a

pokyny pro

zkoušky

spolehlivosti

ČSN EN 50126

ČSN IEC

60300-3-5

Přehled

kritérií

přejímky

týkajících se

RAMS.

4.3

Definovat

funkční

strukturu

systému.

ČSN EN 61078

Funkční

struktura

systému

4.4 Vypracovat

program RAM.

ČSN EN 50126

ČSN EN

60300-1

ČSN EN

60300-2

Program

RAMS

projektu

Obr. 2: Ukázka Standardního programu RAMS - Etapa 4: Požadavky na systém

S některými činnostmi a úkoly této etapy se budou zabývat následující příspěvky věnované

praktickému provádění RAMS.



Etapa 12: Sledování výkonnosti

Název projektu (systému): Odpovědný pracovník:

Program RAMS

Etapa P.č. Úkol RAMS Nástroje Plní Termín Výstupy Pozn.

Sledování

výkonnosti

12.1

Zavést systém

sběru údajů o

RAMS

systému v

provozu.

Návody a

pokyny pro

sběr dat o

RAMS

v provozu

ČSN EN

50126

ČSN EN

60300-3-2

ČSN EN

60706-3

Funkční systém

sběru dat o

RAMS v

provozu.

12.2

Analyzovat a

vyhodnocovat

statistická data

týkající se

RAMS.

Návody a

postupy pro

vyhodnocení

dat

z provozu.

ČSN IEC

60605-4

ČSN EN

60706-3

ČSN IEC

706-6

Výsledky

průběžného

vyhodnocování

statistických dat

týkajících se

RAMS.

Obr. 3: Ukázka Standardního programu RAMS - Etapa 12: Sledování výkonnosti

Pro praktickou realizaci těchto činností a úkolů uvedených v etapě 12 slouží již dříve zmíněný

projekt Spolehlivostní data a softwarová podpora pro RAMS.

5. Spolehlivostní data a softwarová podpora pro RAMS

Od roku 2004 funguje ve ŠKODA TRANSPORTATION sběr dat o poruchách v provozu

pomocí Záznamu (hlášenky) poruchy, viz obr. 4. Jeho návrh, bez jakékoliv vazby na systémy

spolehlivosti, vycházel z praktických zkušeností techniků a dosavadního způsobu sběru dat.

Jedním z cílů projektu Spolehlivostní data a softwarová podpora pro RAMS je úprava

stávající hlášenky, tak aby odpovídala požadavkům na sběr dat dle normy.

Kromě toho dochází ve skupině TRANSPORTATION k značné přestavbě informačních

a datových toků, která má za cíl zajistit cílené shromažďování a vyhodnocování dat

o provozu, poruchách, údržbě a nákladech produktů skupiny TRANSPORTATION.

Výsledkem tohoto úsilí by měla být jasná identifikovatelnost, sledovatelnost



a vyhodnotitelnost dat o spolehlivosti (RAMS) a nákladech životního cyklu (LCC) produktů

skupiny TRANSPORTATION.

Obr. 4: Záznam poruchy (hlášenka)

Částečnou informaci o rozsahu informačních datových toků podává obr. 5, který obsahuje

názorné schéma toku dat (vycházející ze současného stavu sběru dat ve ŠKODA

TRANSPORTATION s.r.o.).

Spolehlivostní databáze ŠKODA obsahuje:

Databáze finálních výrobků a jejich specifikace

Funkčně orientovaná dekompozice výrobků

Databáze záznamů o poruchách

Databáze záznamů o preventivní údržbě

Databáze záznamů o zkouškách

Databáze diagnostických záznamů

Nad jednotlivými databázemi je vytvářena aplikační nadstavba (statistické moduly) pro

vyhodnocování spolehlivostních parametrů.



Syst. zpracování – realizacie nákladů

SERVIS ŠTRN

PORUCHA

Diagnostické

záznamy

Spolehlivostní databáze ŠTRN

Databáze záznamů o poruchách (Alopex: „Spol. data a SW podp. pro RAMS“)

Databáze záznamů o preventivní údržbě (Alopex: „Spol. data a SW podp. pro RAMS“)

Databáze záznamů o zkouškách (Alopex: „Spol. data a SW podp. pro RAMS“)

Databáze finálních výrobků a jejich specif. (Alopex: „Spol. data a SW podp. pro RAMS“)

Funkčně orientované dekompozice výrobků (Alopex: „Spol. data a SW podp. pro RAMS“)

Náklady

PREVENTIVNÍ ÚDRŽBA

Náklady

Specifikace

Záznamy o prev. údržbě

DB diagnostických

záznamů

Aplikační nadstavba (stat.moduly)

Databáze diagnostických záznamů

ERP systém

(BaaN V)

*****************

Mod. SERVIS

Záznamy o poruchách

Obr. 5: Interní datové zdroje ve společnosti ŠKODA TRANSPORTATION s.r.o.



6. Závěrečné poznámky

Výše uvedená fakta dokumentují přípravnou fázi pro budoucí fungování systému RAMS ve

skupině TRANSPORTATION. Komplexní zavádění systému dle výše uvedených dokumentů je

spjato s realizací pilotního projektu. Pilotní projekt se zdá být nejjednodušším

a nejefektivnějším způsobem jak výše uvedené postupy vyzkoušet v praxi a přizpůsobit

potřebám firmy. Jedině při realizaci konkrétního projektu je možné odladit téměř všechny

nedostatky a záludnosti, které systém může přinést.

Důležitou podmínkou pro výběr pilotního projektu je realizace nového produktu, který by

umožnil praktickou aplikaci RAMS napříč etapami životního cyklu. Ve ŠKODA ELECTRIC a.s.

bylo již dle směrnice postupováno při realizaci konkrétního projektu, jehož některé výstupy jsou

prezentovány v následujících příspěvcích.

Použitá literatura

ČSN EN 50126

Vrcholové dokumenty ŠKODA TRANSPORTATION s.r.o.


RAMS kolejového vozidla

Ing. Jakub Kůstka, ŠKODA ELECTRIC a.s., tel. +420 378 181 111


1. Úvod

Analýzu RAMS kolejového vozidla řeší tým návrhářů ze Škody Electric (divize pohony

a trolejbusy, divize trakční motory). Jejím účelem je stanovení potřebných parametrů

spolehlivosti kolejového vozidla.. Nástroje RAMS vedou na zajištění vyšší bezporuchovosti

a pohotovosti, lepší udržovatelnost a zajištěnost údržby kolejového vozidla. To má samozřejmě

i značný vliv na náklady životního cyklu (LCC) kolejového vozidla. Analýza RAMS kolejového

vozidla vede ke zmírnění nebezpečí z pohledu provozování a bezpečnosti vozidla. V neposlední

řadě je RAMS vnímán jako aktivní nástroj pro zlepšování způsobilosti a odborné úrovně

návrhářů, v podstatě působí jako kladná zpětná vazba pro neustálé zlepšování produktů

společnosti.

2. Kolejové vozidlo

2.1 Konfigurace kolejového vozidla

Kolejové vozidlo na němž je demonstrována analýza RAM je souprava vzniklá spojením dvou

vozů (Vůz A + Vůz B).

Obr. 6: Konfigurace vozidla



2.2 Konstrukční části kolejového vozidla z hlediska funkčnosti

Podstatnou součástí analýzy RAMS je definování základních konstrukčních částí kolejového

vozidla a jeho hlavních a vedlejších funkcí. Kromě základní mechanické konstrukce (skříně)

kolejového lze hlavní konstrukční části řadit do 3 skupin:

Skupina 1 - Pohonný systém včetně ostatních trakčních komponent

Skupina 2 - Systém pomocného napájení

Skupina 3 - Systém nadřazeného řízení

Konstrukční sestavu jednotlivých skupin a stručný popis funkce komponent ve skupině je

uveden v následujícím přehledu.

Skupina 1 - Pohonný systém včetně ostatních trakčních komponentů

Pantograf - umístěn na střeše vozidla, slouží pro přívod stejnosměrné energie do vozidla (napájení 750V DC z troleje)

Bleskojistka - umístěna na střeše vozidla, slouží k ochraně vozidla proti spínacím a atmosférickým přepětím

Přístrojová skříň - obsahuje přepínač polohy pro různé provozní stavy a pojistky pro ochranu pomocného systému a systému pomocného napájení proti tepelnému přetížení a zkratu

Rychlovypínač - ochrana pohonného systému proti zkratu


Trakční měnič (pohled 1) - část s výkonovými IBGT součástkami použitými jako trojfázový střídač

Trakční měnič (pohled 2) - část s výkonovými IGBT součástkami použitými pro spínání brzdového odporníku a pro spínač pulzní rekuperace

Brzdový odporník - maření elektrické energie při brždění vozidla, přepěťová ochrana trakčního měniče

Trakční motor - asynchronní točivý stroj pro převod elektrické energie na mechanickou (tvoří pohon kolejového vozidla)

Řídící kontrolér - ovládací prvek pro zadání trakční a brzdné síly

Přepínač směru - aktivace stanoviště řidiče, volba směru jízdy

IBGT výkonový modul Skiip jako základní stavební kámen trakčního měniče


Skupina 2 - Systém pomocného napájení

IGBT výkonový modul jako základní stavební kámen nabíječové části

IGBT výkonový modul Skiip jako základní stavební kámen střídačové části

Měnič pom. pohonů a nabíječ (pohled 1) - část nabíječová (pro dobíjení vozové baterie, tvorba sítě malého napětí)

Měnič pom. pohonů a nabíječ (pohled 2) - část střídačová (pro napájení pomocných pohonů vozidla, tvorba 1f sítě pro napájení zásuvkové sítě)

Skupina 3 - Systém nadřazeného řízení

Vizualizační systém - zobrazuje stav řídícího a diagnostického systému kolejového vozidla

Vana nadřazeného řízení - slouží pro vložení a propojení karet nadřazeného řízení vozidla


Vozová řídící jednotka - část nadřazeného řízení vozu (řízení, komunikace, diagnostika v rámci vozu)

Vlaková řídící jednotka - část nadřazeného řízení vlaku (řízení, komunikace, diagnostika v rámci vozidla)

Vstupní/Výstupní moduly - interface nadřazeného řízení (rozhraní mezi funkčními částmi a nadřazným řízením vozidla)

Komunikační moduly - zpracování dat pro ovládání a diagnostiku některých zařízení kolejového vozidla (dveře, vnitřní/vnější osvětlení, pantograf, rychlovypínač …)

Stabilizovaný zdroj 24V - vytváří napájení nadřazeného řízení

Servisní panel - centrální bod pro možnost sběru diagnostických dat z různých částí vozidla


3. Parametry RAMS

Pro jednotlivé konstrukční části kolejového vozidla (Skupiny 1 až 3) je nutné pro analýzu

spolehlivosti a rizik numericky stanovit následující RAMS parametry.

3.1 Parametry bezporuchovosti

Jedná se o parametry potřebné ke stanovení četnosti nežádoucích událostí (poruch) vedoucích ke

ztrátě funkčnost a/nebo bezpečnosti kolejového vozidla:

- MTBF (střední doba provozu mezi poruchami),

- MTBSF (střední doba provozu mezi servisními poruchami).

3.2 Parametry udržovatelnosti

Jedná se o parametry potřebné pro stanovení doby potřebné pro obnovu funkceschopnosti

zařízení po poruše a dále parametry potřebné pro stanovení LCC kolejového vozidla:

- MTTR (střední doba do obnovy),

- pracnost opravy,

- interval preventivní údržby,

- cena náhradních dílů.

3.3 Parametry pro provoz a bezpečnost kolejového vozidla

Pro všechna identifikovaná nebezpečí kolejového vozidla s důsledky pro jeho provoz

a bezpečnost je nutné zajistit hodnocení rizika lepší než R1 nebo R2 následujícím postupem.

1. Stanoví se úrovně závažnosti nebezpečí.

2. Stanoví se úrovně četnosti výskytu nebezpečí.

3. Stanoví se úrovně rizika.

Úroveň závažnosti nebezpečí provozu kolejového vozidla se hodnotí zvlášť z hlediska důsledků

pro provoz a z hlediska důsledků pro bezpečnost. Provádí se podle tab. 1.

Tab. 1: Úrovně závažnosti nebezpečí

Úroveň

závažnosti Důsledek pro bezpečnost Důsledky pro provoz

Katastrofická (1)

Oběti na životech a/nebo mnoho

vážných zranění a/nebo vážné

poškození životního prostředí

Ztráta vlakové služby, nesplnění mise soupravy - jedná se

o způsoby poruch, kdy souprava není schopna dojet do

následující stanice a musí být odtažena do depa.

Kritická (2)

Jedno úmrtí a/nebo vážné zranění

a/nebo významné poškození

životního prostředí

Porucha důležitého systému, částečné splnění mise

soupravy - jedná se o způsoby poruch, kdy je 1/2

soupravy nefunkční, souprava je schopna dojet do

následující stanice a následně do depa.

Okrajová (3) Lehčí zranění a/nebo významné

ohrožení životního prostředí

Poškození důležitého systému, splnění mise soupravy s

omezením - jedná se o způsoby poruch, kdy dojde k

poruše systému, který je zálohován identickým

systémem, souprava je schopna dojet do konečné stanice

(popř. dokončit celou směnu), poté dojede do depa.

Nevýznamná (4) Možné lehčí zranění

Malé poškození systému, splnění mise soupravy bez

omezení - jedná se o nevýznamné poruchy, např. poruchy

signalizace apod., souprava je schopna provozu bez

omezení.


Pro úrovně závažnosti nebezpečí 1 (katastrofická), 2 (kritická), 3 (okrajová) a 4 (nevýznamná) se

stanoví četnosti výskytu nebezpečí, viz tab. 2.

Tab. 2: Charakteristika nebezpečí – matice rizika

Četnost výskytu nebezpečné události

Úrovně závažnosti následků nebezpečí

4 3 2 1

Nevýznamná Okrajová Kritická Katastrofická

A Častá ≥100 / rok R2 R1 R1 R1

B Pravděpodobná ≥1 až <100/rok R3 R2 R1 R1

C Občasná ≥1E-2 až <1/rok R3 R2 R2 R1

D Malá ≥1E-4 až <1E-2/rok R4 R3 R2 R2

E Nepravděpodobná ≥1E-6 až <1E-4/rok R4 R4 R3 R3

F Vysoce

nepravděpodobná <1E-6/rok R4 R4 R4 R4

Nebezpečí je tedy reprezentováno možnou nežádoucí událostí (tzv. vrcholová událost), která má

2 parametry:

- pravděpodobnost výskytu (vyjádřenou jako četnost),

- velikost následku.

Tyto parametry ve své kombinaci udávají v matici rizika hodnotu rizika. Pomocí matice rizika se

tedy provede ohodnocení rizika s přiřazením indexu rizika, viz tab. 3.

Tab. 3: Hodnocení úrovně rizika

Index rizika Úroveň rizika

R1 Nepřípustné riziko

R2 Nežádoucí riziko

R3 Přípustné riziko

R4 Zanedbatelné riziko

4. Data pro RAMS

Data nutná pro numerický výpočet parametrů RAMS a pro vypracování analýz RAMS

kolejového vozidla, lze získat z následujících zdrojů.

Generické databáze spolehlivosti. Jedná se o data shromážděná z různých zdrojů

a soustředěná do komerčně dostupných databází. Tato data jsou zatížena poměrně velkou

nejistotou.

Data dodavatelů. Jedná se o data od subdodavatelů komponent kolejového vozidla

(katalogové listy, prohlášení, …). Rovněž tato data, pokud nejsou subdodavatelem

získána na základě jeho provozních zkušeností či zkoušek mohou být zatížena nejistotou.


Specifické databáze spolehlivosti. Jedná se o data získaná z údajů o provozu, údržbě a

poruchách shromážděná přímo výrobcem kolejového vozidla, tj. údaje ze servisní

databáze ŠKODA. Tato data jsou zpravidla nejvěrohodnější.

Příklad údajů získaných z výše uvedených zdrojů dat je prezentován v následujících ukázkách

dat pro RAMS.

Obr. 7: Ukázka dat získaných z generické databáze

Obr. 8: Ukázka dat získaných od dodavatele spínacích přístrojů

Obr. 9: Ukázka dat získaných od dodavatele trakčních přístrojů


Tab. 4: Ukázka dat získaných ze servisní databáze ŠKODA

Položka

předchozího

projektu

Počet poruch

Počet

komponentů

na vozidle

Kód položky

kolejového

vozidla

Popis položky

kolejového

vozidla

Intenzita poruch

(poruchy/hodiny)

Bleskojistka 0 1 1.2 Bleskojistka

(LA) 8,92E-07

Radiální

ventilátor 1 2 2.1.1

Radiální

ventilátor (-E1) 1,34E-06

Pro odhad intenzit poruch pomocí servisních dat předchozího projektu je nutné znát tyto

dodatečné parametry:

- počet vozidel v provozu,

- proběh vozidel/den,

- počet roků v provozu,

- počet dní provozu v kalendářním roce.

5. Analýza RAMS

5.1 Souhrn postupů a analýz projektu RAMS kolejového vozidla:

Analýzy RAMS představují vzájemně provázaný a vnitřně konzistentní soubor analýz. Jedná se

o analýzy uvedené v následujícím přehledu

Funkční blokový diagram (FBD - Functional Block Diagram)

Funkční bloková analýza (FBA - Functional Block Analysis)

Hierarchický rozklad zařízení (SH – Systém Hierarchy)

Předběžná analýza nebezpečí (PHA - Preliminary Hazard Analysis)

Analýza způsobů, důsledků a kritičnosti poruch (FMECA - Failure Mode and Effect

Analysis)

Analýza bezporuchovosti počítáním z dílů (PCA - Parts Count Analysis)

Analýza stromu poruchových stavů (FTA - Fault Tree Analysis)

Analýza udržovatelnosti (MA – Maintainability Analysis)

5.2 Popis analýzy RAMS a vzájemných vazeb:

Při analýze RAMS se využívá syntézy výsledků ze dvou rozdílných přístupů. První přístup je

založen na analyzování systému „shora - dolů“ (analýzy FBA, PHA, FTA). Druhý přístup

je založen na analyzování systému „zdola - nahoru“ (analýzy FMECA, PCA). U obou analýz

musí dojít v určité úrovni ke spojení → dává komplexní analýzu a celkový popis systému na

všech úrovních.

Počátečními analýzami jsou PHA a FBA. Využívá se funkčního blokového diagramu FBD, který

graficky vyjadřuje popis a vztahy subsystémů na nejvyšších úrovních rozkladu kolejového

vozidla. PHA obecně popisuje systém (kolejové vozidlo) a všechna nebezpečí pro důsledky na

bezpečnost kolejového vozidla. Výsledkem je odhad úrovně závažnosti všech identifikovaných

nebezpečí, odhad intervalu frekvence výskytu nebezpečí a následný odhad hodnocení rizika

a přiřazení indexu rizika.

Dalšími analýzami jsou FMECA a PCA. Základními údaji pro analýzu FMECA je hierarchický

rozklad zařízení SH (popisuje položky systému do nejnižších úrovní rozkladu systému).


K jednotlivým položkám přiřazuje intenzity poruch, popisuje systém na nejnižších úrovních

a hledá závažné způsoby poruch položek vzhledem k vyšším subsystémům a celkovému systému

(kolejové vozidlo). Ve FMECA se způsoby poruch položek hodnotí stejnými závažnostmi jako

v provedené analýze FBA. V analýze PCA se využijí poznatky o intenzitách poruch z analýzy

FMECA. Provede se napočtení intenzit poruch na vyšší subsystémy a na závěr na celkové

kolejové vozidlo (resp. na jeho konstrukční části rozdělené do skupin). Napočtení musí být

v souladu hierarchickým rozkladem SH a funkčním blokovým schématem FBD.

Na výsledky FBA (identifikovaná nebezpečí s hodnocením závažnosti 1 - katastrofická

a 2 - kritická) navazuje analýza stromu poruchových stavů FTA. Podobně jako v FBA je FTA

provedena zvlášť pro nebezpečí (vrcholové události) s důsledky pro provoz a bezpečnost.

Výsledkem je napočítaná intenzita poruch (četnost výskytu) pro vrcholové události

s hodnocením závažností 1 nebo 2. Četnost výskytu a úroveň závažnosti je použita pro

hodnocení rizika.

Analýza udržovatelnosti (MA) je přeložena zpracována ve formátu datového souboru. Hlavní

parametr udržovatelnosti MTTR byl stanoven podle zkušeností z předchozích projektů, při

montáži zařízení a typových zkoušek zařízení.

5.3 Ukázky prováděných analýz

V následující části příspěvku jsou ukázky analýzy RAMS. Ukázky jsou prezentovány pro

konstrukční část kolejového vozidla označovanou jako Skupina 1, tj. pro pohonný systém včetně

ostatních trakčních komponentů.


Funkční blokový diagram (FBD)

Obr. 10: Ukázka funkčního blokového schématu (diagramu)


Funkční bloková analýza (FBA)

Tab. 5: Analýza FBA - první část tabulky

Seznam funkcí

(Funkce na nejvyšší

úrovni rozkladu)

Kategorie funkcí Druhy a klasifikace/hodnocení poruch

Hlavní Vedlejší Způsob poruchy Úroveň závažnosti

Zajištění brzdné síly x

Úplná ztráta brzdné síly

A - lze rekuperovat 1

Úplná ztráta brzdné síly

B - nelze rekuperovat 1

Tab. 6: Analýza FBA - druhá část tabulky

Příčina selhání (porucha na funkčním bloku nižší

úrovně)

Příčina selhání (porucha na více funkčních blokách

nižší úrovně)

Příčina 1 Příčina 2 Příčina 1

Porucha CCA Porucha CCB Porucha ICA x Porucha ICB x Porucha PS01 x

Porucha PS02 x Porucha PS05 x Porucha PS06

Porucha CCA Porucha CCB Porucha PS01 x Porucha PS02 x Porucha PS05 x

Porucha PS06

Hierarchický rozklad zařízení (SH)

Tab. 7: Hierarchický rozklad zařízení

Kód položky Popis položky WRU LRU Počet kusů na

vůz

Počet kusů na

vlak

2 Pohonný systém

(PS01 až PS06) zahrnuje 2.1 - 2.4

2.1 Trakční měnič

(MPI) Y N 2 4

2.1.1 Radiální ventilátor

(-E1) N Y 2 4

2.1.2 Řídící jednotka

(-A1_c) zahrnuje 2.1.2.1 - 2.1.2.2

↓

2.4 Trakční motor

(M02) Y N 2 4

3 Ovládací obvody

(CCA, CCB) zahrnuje 3.1 - 3.2

3.1 Řídící kontrolér

(MC) Y N 1 2

3.2 Přepínač směru

(DSK) Y N 1 2

4 Ostatní

(REM) N/A N/A N/A N/A


Předběžná analýza nebezpečí (PHA)

Tab. 8: Analýza PHA - první část tabulky

Poř.

č.

Identifikace nebezpečí Může software

přispět

k nebezpečí

(Ano/Ne)

Popis nebezpečí Příčiny nebezpečí Důsledky

nebezpečí Provozní fáze

02

Úplná ztráta

brzdné síly A - lze

rekuperovat

porucha/ztráta

vstupních napájecích

obvodů vlaku,

porucha/ztráta obvodů

zajištujících a

podílejících se na

brždění vozidla,

porucha/ztráta

ovládacích obvodů

vozidla

nelze zabrzdit,

vlak může

vykolejit ->

vážná zranění,

oběti na

životech

během jízdy

vozidla Ano

03

Úplná ztráta

brzdné síly B -

nelze rekuperovat

porucha/ztráta obvodů

zajištujících a

podílejících se na

brždění vozidla,

porucha/ztráta

ovládacích obvodů

vozidla

nelze zabrzdit,

vlak může

vykolejit ->

vážná zranění,

oběti na

životech

během jízdy

vozidla Ano

Tab. 9: Analýza PHA - druhá část tabulky

Odhad počátečního rizika Doporučeno pro řízení/zmírnění

Odhad zbytkového rizika

Závažnost Frekvence/ Četnost

Index rizika

Závažnost Frekvence/ Četnost

Index rizika

Kat

astr

ofi

cká

(1)

Ob

časn

á (C

)

Nep

říp

ust

né

(R1

)

použití prvků s

vyšší

bezporuchovostí,

použití

mechanických

(kotoučových)

brzd

Kat

astr

ofi

cká

(1)

Nep

rav

děp

od

ob

ná

(E)

Pří

pu

stn

é (R

3)

použití prvků s

vyšší

bezporuchovostí,

použití

mechanických

(kotoučových)

brzd


Analýza způsobů, důsledků a kritičnosti poruch (FMECA)

Tab. 10: Analýza FMECA - první část tabulky

Kód položky Popis položky Funkce položky Způsob poruchy Příčina(y) poruchy

2 Pohonný systém



(MPI) zahrnuje 2.1.1 až 2.1.27


(-E1)

chlazení

výkonových bloků

trakčního měniče

porucha ložiska

opotřebení

materiálu

(zadření ložiska)

porucha motoru

poškození hřídele,

poškození vinutí

statoru, poškození

vinutí rotoru apod.

poškození lopatek ulomení lopatek,

deformace lopatek


(-A1_c) zahrnuje 2.1.2.1 a 2.1.2.2

↓

2.4 Trakční motor

(M02)

položka získaná od ŠELC - TRM jako celek - není zde

analyzována (analýza provedena v FBA, FTA)

3 Ovládací obvody

(CCA, CCB) zahrnuje 3.1 až 3.2


(MC)

položka získaná od subdodavatele jako celek - není zde



(DSK)

položka získaná od subdodavatele jako celek - není zde


4 Ostatní

(REM)

položka typu kabely, pasy apod. - není analyzována, položka má

zanedbatelnou intenzitu poruch

Tab. 11: Analýza FMECA - druhá část tabulky (pouze k položce 2.1.1)

Metoda(y) detekce poruchy Důsledky(účinky) poruchy

Způsoby detekce pro

display

Způsoby detekce pro

údržbáře Subsystém (místní) Systém (celkový)

online diagnostika

offline diagnostika,

vizuální prohlídka

ventilátoru

ztráta chlazení trakčního

měniče → zapůsobení

tepelné ochrany →

blokování měniče (není

vytvořena energie pro

napájení paralelně

uspořádaných trakčních

motorů)

1 trakční měnič celého

vozidla mimo provoz →

není zajištěn pohon 1/2

podvozku vozu

online diagnostika



ventilátoru

online diagnostika



ventilátoru


Tab. 12: Analýza FMECA - třetí část tabulky (pouze k položce 2.1.1)

Intenzita

poruch

položky

(poruchy/h)

Počet

položek

na vlak

Pravděpodobnost

(módu) poruchy

Intenzita

výskytu

důsledků

poruch pro

dodávku

Závažnost Riziko

Návrh zabezpečení nebo

postupů pro zmírnění

rizika

1,34E-06 4

0,6 1,41E-02 3 R2

vhodné provedení

ventilátoru a jeho ložisek

pro trakční účely, vysoký

stupeň ochrana krytím IP,

testování systému dle

EY00596P,

údržování systému dle

EY01031P

0,2 4,70E-03 3 R3

vhodně mechanicky a

elektricky dimenzovaný

ventilátor,

testování systému dle

EY00596P,

údržování systému dle

EY01031P

0,2 4,70E-03 3 R3

Analýza bezporuchovosti počítáním z dílů (PCA)

Tab. 13: Analýza PCA

Kód položky Popis položky Intenzita poruch na kus

(poruchy/hodiny)

Intenzita poruch na vůz

(poruchy hodiny)

2 Pohonný systém

(PS01 až PS06) 1,15E-04 2,29E-04


(MPI) 1,11E-04 2,21E-04


(-E1) 1,34E-06 2,68E-06


(-A1_c) 1,07E-05 2,14E-05

↓

2.4 Trakční motor

(M02) 1,59E-06 3,18E-06

3 Ovládací obvody

(CCA, CCB) 2,31E-05 2,31E-05


(MC) 1,00E-05 1,00E-05


(DSK) 1,31E-05 1,31E-05

4 Ostatní

(REM) 1,00E-09

Celková intenzita poruch na vůz se vypočte jako součet zjištěných intenzit subsystémů na

nejvyšších úrovních (viz tučně vyznačené hodnoty v tabulce). Intenzita poruch vozidla (resp.

konstrukční části) je dána podle konfigurace vozidla, tzn. dvojnásobkem celkové intenzity

poruch na vůz. Inverzní hodnotou k intenzitě poruch se získá hledaná hodnota bezporuchovosti

MTBF.


Analýza stromu poruchových stavů (FTA)

Obr. 6: Ukázka části analýzy FTA

Ukázka analýzy se vztahuje na minimalizovaný strom poruchových stavů s použitým

zmírňujícím opatřením pro snížení hodnocení rizika s indexem R1 nebo R2 na R3 nebo R4.


Analýza udržovatelnosti (MA)

Tab. 14: Analýza MA - první část tabulky

Rozklad, Rozsah dodávky Korektivní údržba

Kód

položky Popis položky

Opravitelé

(Ano/Ne) MTTR (h)

Počet

pracovníků

Náklady na

požadovaný

materiál

(Eur)

Kategorie

zaměstnance

(G,E,M,S)

2 Pohonný systém



(MPI) Y 3 2 x M

2.1.1

Radiální

ventilátor

(-E1)

Y 1,5 2 x M


(-A1_c) zahrnuje 2.1.2.1 to 2.1.2.2

↓

2.4 Trakční motor

(M02) Y 3 2 x M

3 Ovládací obvody

(CCA, CCB) zahrnuje 3.1 - 3.2


(MC) Y 0,5 1 x M


(DSK) Y 1 1 x M

4 Ostatní

(REM) N/A N/A N/A N/A N/A

Tab. 14: Analýza MA - druhá část tabulky

Preventivní údržba (doporučený interval 500 000Km)

Popis MTTR (h) Počet

pracovníků

Kategorie

zaměstnance

(G,E,M,S)

Návod

k obsluze a

údržbě

Zařízení pro

údržbu Poznámky

N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A




↓

Celková

kontrola

60 2 M/E T T N/A

zahrnuje 3.1 - 3.2

Generální

oprava

0,5 1 M T T

-40% km,

+0%km

Vizuální

prohlídka

0,25 1 M T T N/A


Poznámka: Označení T je odkazem na dokument Popis funkcí, návod na provoz a údržbu.

Označení x - ceny nejsou v tomto dokumentu uváděny.


Obr. 7: Ukázka ze seznamu nástrojů pro údržbu dodávaného zařízení

6. Dokumentace RAMS

S ohledem na rozsah provedených analýz RAMS a potřebu jejich dokladování zákazníkovi, je

dokumentace hierarchicky rozdělena do 3 úrovní.

Úroveň 1

Vrcholový dokument RAMS. Je reprezentován finální závěrečnou zprávou a podává všechny

systémové informace týkající se RAMS projektu kolejového vozidla.

Úroveň 2

Dokumentace analýz RAMS. Je reprezentována přílohami této zprávy. Obsahuje všechny

základní popisné a datové informace týkající se provádění analýz RAMS a výsledky analýz

RAMS. Obsahuje rovněž záznamy o jednání se zákazníkem a se subdodavateli týkající se

problematiky RAMS.

Úroveň 3

Dokumentace primárních podkladů. Jedná se o dokumenty se záznamy primárních dat RAMS

z provozu zařízení ŠKODA ELECTRIC, katalogových listů s údaji RAMS zařízení dodavatelů,

výsledků typových zkoušek zařízení ŠKODA ELECTRIC, detailní konstrukční dokumentace

zařízení ŠKODA ELECTRIC apod.

O rozsahu dokumentace je možné si učinit představu z počtu vypracovaných dokumentů

jednotlivých typů, který je uveden v tab. 15.

Tab. 15: Rozsah dokumentace RAMS (počet dokumentů)

Typ dokumentu Počet dokumentů

Textový 80

Grafický 8

Datový 69

7. Závěr

Poděkování patří všem, kteří se podíleli na projektu RAMS kolejového vozidla.


RAMS trakčního motoru

Ing. Petr Macoun, ŠKODA ELECTRIC a.s., tel. +420 603 458 271


1. Specifika trakčního motoru

Hlavním specifikem trakčních motorů je vtěsnat požadovaný výkon, správnější by bylo říci

požadovaný moment, při konkrétní úrovni napájecího napětí do prostoru pod vozidlem.

U kolejových vozidel je to prostor v podvozku na šířku limitovaný rozchodem kolejnic, zespodu

čarou mezinárodního drážního profilu pro kolejová vozidla (stanovená výška nad hlavou

kolejnice) a shora nutnou vůlí od spodní plochy skříně vozidla kvůli propružení podvozku vůči

skříni vozidla. U trolejbusu je spodní limit prostoru pro motor dán zákonem o drahách

a vyhláškou Ministerstva dopravy. Dále uchycení motoru je zcela poplatné konstrukčnímu řešení

podvozku vozidla a liší se vozidlo od vozidla.

1.1 Druhy motorů

Stejnosměrné trakční motory

V uplynulých 60 letech dominovaly v pohonu trakčních vozidel i v pohonu kompresorů

a ventilátorů na vozidlech stejnosměrné motory. Nejvýkonnějším u nás sériově vyráběným

trakčním motorem byl 1000 kW pro rychlíkovou lokomotivu. Motory pro veřejnou hromadnou

dopravu byly ve výkonech od 45 kW do 180 kW. Pomocné motory od 2 kW do 40 kW.

Choulostivým místem stejnosměrných motorů v trakci je uzel komutátor-kartáče, který musí být

ochráněn před nečistotami a vlhkostí. S rozvojem polovodičové techniky jako jsou GTO

tyristory a IGBT tranzistory a stále rychlejší procesory pro řízení střídavých motorů začal

masivní nástup asynchronních motorů i do tradičních aplikací.

Asynchronní trakční motory

Nejrozšířenějším střídavým motorem v trakci se stal asynchronní motor s kotvou nakrátko.

Moderní pohonářská technika řídí u těchto motorů napětí a frekvenci a tím zajišťuje všechny

jízdní režimy trakčního vozidla, rozjezd, jízdu ustálenou rychlostí, výběh a elektrodynamické

brždění.

1.2 Upevnění trakčního motoru ve vozidle

U kolejových vozidel jsou dvě základní řešení zavěšení trakčního motoru a to v rámu nebo

podvozku vozidla a zavěšení na nápravě tzv. tlapové uložení. V prvním případě je přenos

kroutícího momentu k převodovce realizován kloubovou nebo pružnou spojkou. V druhém

případě je součástí motoru tlapový závěs svírající ložiska na nápravě dvojkolí a na druhé straně

je motor pružně uložen k rámu podvozku. Druhé řešení je konstrukčně jednodušší ale část

hmotnosti motoru nutno počítat k neodpružené hmotě dvojkolí. Používá se pro menší rychlosti

vozidla a menší výkony na nápravu.



1.3 Ukázka asynchronního trakčního motoru

Pro představu vzhledu a provedení asynchronního trakčního motoru jsou na obr. 1 až 3 uvedeny

pohledy na motor a řez motorem.

Obr. 1: Pohled zezadu

Obr. 2: Pohled zepředu


Obr. 3: Asynchronní trakční motor v řezu

2. Rozklad trakčního motoru na funkční celky

2.1 Počet úrovní rozkladu

Při rozkladu trakčního motoru na funkční celky je zapotřebí zvážit z jakého hlediska se k tomu

lze postavit.

a) Hledisko účelnosti sledování komponent (uzlů)

Obvykle jsou doporučovány tři až čtyři úrovně rozkladu produktu na uzly. Rozhodujícím je

pozice uzlu v rozkladu motoru, který je důležité sledovat. Jsou to významné díly nebo součásti

z hlediska funkce výrobku nebo získávané od subdodavatelů.

b) Možnosti kódování uzlů v informačním systému

V informačním systému (IS) společnosti ŠKODA ELECTRIC, kterým je BaaN V byl vytvořen

modul BAAN Servis. Modul dokáže identifikovat komponentu na konkrétní úrovni rozkladu

jedním znakem 1-9, a-z celkem v 6 úrovních. Počet komponent v jedné úrovni může být tedy

až 35. U složitějších zařízení je pak nutné vhodně členit funkční celky, aby se vystačilo

s 35 možnostmi. Zavedený rozklad do IS lze doplňovat, ale bez změny označení již zavedených

uzlů. V případě nutnosti lze jakoby další úroveň nahradit definováním dalších módů poruch pro

konečný uzel.

2.2 Obecný rozklad trakčního motoru

Obecný rozklad trakčního motoru, který zahrnuje různé varianty motoru (stejnosměrný,

asynchronní, s integrovanou převodovkou, druhy chlazení, počty otáčkových a teplotních čidel)

ukazuje následující obrázek. Tento a následující procesy probíhaly v týmu zástupců Technického

úseku, Technické kontroly a Řízení jakosti. Přehled obecného rozkladu je uveden v tab. 1.


Tab. 1: Přehled obecného rozkladu trakčního motoru

OBECNÝ ROZKLAD TRAKČNÍHO MOTORU

I. úroveň II. úroveň III. úroveň IV. úroveň

1 ROTOR 11 HŘÍDEL 111 PŘEDNÍ KONEC

112 ZADNÍ KONEC

12 PAKET ROTOR. PLECHŮ

13 KLEC ROTORU (AC) 131 KRUH NAKRÁTKO

132 ROTOROVÉ TYČE

14 VINUTÍ ROTORU (DC) 141 VYROVNÁVACÍ SPOJKY

142 VINUTÍ

15 KOMUTÁTOR (DC) 151 LAMELOVÝ VĚNEC

152 MANŽETA

16 POVRCHOVÁ ÚPRAVA 161 NÁTĚRY

162 IMPREGNACE

17 VYVÁŽENÍ 171 VYVÁŽENÍ NA PŘEDNÍ STRANĚ

172 VYVÁŽENÍ NA ZADNÍ STRANĚ

19 OSTATNÍ

2 STATOR 21 KOSTRA

22 PAKET STATOR. PLECHŮ

23 MEZIKUS

24 VINUTÍ STATORU 241 STATOROVÉ CÍVKY (AC)

242 PROPOJENÍ UVNITŘ MOTORU

25 PÓLY (DC) 251 PÓLOVÉ CÍVKY POMOCNÉ

252 PÓLOVÉ CÍVKY HLAVNÍ

253 KOMPENZACE

26 PŘÍVODNÍ KABELY 261 KABEL FÁZE U

262 KABEL FÁZE V

263 KABEL FÁZE W

264 SILOVÝ KONEKTOR

265 SVORKOVNICE

266 KABEL K HLAVNÍMU PÓLU D1

267 KABEL K HLAVNÍMU PÓLU D2

268 KABEL KE KOTVĚ A2

269 KABEL K POMOCNÉMU PÓLU B1

27 ZÁVĚS MOTORU 271 KONZOLA MOTORU

272 PRUŽNÉ ELEMENTY


282 IMPREGNACE

29 OSTATNÍ


Tab. 1: Přehled obecného rozkladu trakčního motoru - pokračování



3 ŠTÍTY 31 ŠTÍT PŘEDNÍ

32 ŠTÍT ZADNÍ

33 LOŽISKA 331 PŘEDNÍ LOŽISKO

332 ZADNÍ LOŽISKO

34 TĚSNĚNÍ OL. MLHA/TUK

35 POVRCHOVÁ ÚPRAVA

39 OSTATNÍ

4 PŘEVODOVKA 41 SKŘÍŇ PŘEVODOVKY

42 VÍKO PŘEVODOVKY

43 HŘÍDELE 431 HŘÍDEL OZUBENÉHO KOLA

432 HŘÍDEL POMOCNÉHO KOLA

44 LOŽISKA 441 LOŽ. PASTORKU STRANA SKŘÍNĚ

442 LOŽ. PASTORKU STRANA VÍKA

443 LOŽ. OZUB. KOLA STRANA SKŘÍNĚ

444 LOŽ. OZUB. KOLA STRANA VÍKA

445 LOŽ. POMOC. KOLA STRANA SKŘÍNĚ

446 LOŽ. POMOC. KOLA STRANA VÍKA

45 TĚSNĚNÍ 451 TĚSNĚNÍ HŘÍDELE DO MOTORU

452 TĚSNĚNÍ LOŽ. UZLU PASTORKU

453 TĚSNĚ. HŘÍD. NA VÝST. PŘEVOD.

454 TĚSNĚNÍ POM. HŘÍDELE NA VÝST.

455 TĚSNĚNÍ VÍKA PŘEVODOVKY

46 ODVZDUŠŇOVAČ 461 ODVZDUŠŇOVAČ

462 TĚSNĚNÍ ODVZDUŠŇOVAČE

47 OZUBENÁ KOLA 471 PASTOREK

472 OZUBENÉ KOLO S HŘÍDELÍ

473 OZUBENÉ KOLO

474 POMOCNÉ KOLO


49 OSTATNÍ


Tab. 1: Přehled obecného rozkladu trakčního motoru - pokračování



5 PŘÍSLUŠENSTVÍ 51 ČIDLA 511 ČIDLO OTÁČEK 5111 ČIDLO OTÁČEK 1

5112 ČIDLO OTÁČEK 2

512 OZUB. VĚNEC PRO SNÍMÁNÍ OTÁČEK

513 VENT. S ÚPRAVOU PRO SNÍMÁNÍ OT.

514 ROTAČNÍ ČIDLO OTÁČEK

515 ČIDLO TEPOTY VE VINUTÍ 5151 KONEKTOR ČIDEL TEPLOTY

5152 ČIDLO TEPOTY VE FÁZI U

5153 ČIDLO TEPOTY VE FÁZI V

5154 ČIDLO TEPOTY VE FÁZI W

5155 ČIDLO TEPLOTY R1




516 ČIDLO TEPLOTY LOŽISKA 5161 ČIDLO TEPLOTY PŘEDNÍHO LOŽISKA

5162 ČIDLO TEPLOTY ZADNÍHO LOŽISKA

517 ČIDLO BRZDOVÉHO SYSTÉMU

52 VENTILACE 521 CIZÍ VENTILACE

522 VLASTNÍ VENTILACE 5221 VENTILÁTOR NA PŘEDNÍ STRANĚ

5222 VENTILÁTOR NA ZADNÍ STRANĚ

53 SPOJKA 531 SPOJKA HLAVNÍ

532 SPOJKA VEDLEJŠÍ

533 KARDANOVÁ SPOJKA

534 KARDANOVÝ HŘÍDEL

535 PÍST KARDANOVÉ SPOJKY

536 KARDANOVÝ KŘÍŽ

537 LOŽISKO KARDANOVÉHO KLOUBU

538 UNÁŠEČ STRANA KARDAN. HŘÍDELE

539 UNÁŠEČ STRANA PŘEVOD. SKŘÍNĚ

54 SBĚRNÉ ÚSTROJÍ (DC) 541 KARTÁČOVÝ DRŽÁK

542 IZOLAČNÍ ROUBÍK

543 KARTÁČ

544 NOSIČ SBĚRNÉHO ÚSTROJÍ

545 OBJÍMKA ROUBÍKŮ


59 OSTATNÍ


2.3 Rozklad pro konkrétní typ trakčního motor

V následující tab. 2 je rozklad motoru konkrétního typu, kde byly vynechány položky

z obecného rozkladu, které se u tohoto motoru nevyskytují. Byly přitom zachovány kódy uzlů na

jednotlivých úrovních rozkladu odpovídající obecnému rozkladu.

Tab. 2: Přehled rozkladu konkrétního typu trakčního motoru

ROZKLAD TRAKČNÍHO MOTORU 2MLU 3638 K/4


1 ROTOR 11 HŘÍDEL 112 ZADNÍ KONEC

12 PAKET ROTOR. PLECHŮ

13 KLEC ROTORU (AC) 131 KRUH NAKRÁTKO

132 ROTOROVÉ TYČE


16 VYVÁŽENÍ 161 VYVÁŽENÍ NA PŘEDNÍ STRANĚ

162 VYVÁŽENÍ NA ZADNÍ STRANĚ

19 OSTATNÍ

2 STATOR 22 PAKET STATOR. PLECHŮ

23 MEZIKUS

24 VINUTÍ STATORU 241 STATOROVÉ CÍVKY (AC)

242 PROPOJENÍ UVNITŘ MOTORU

26 PŘÍVODNÍ KABELY 261 KABEL FÁZE U

262 KABEL FÁZE V

263 KABEL FÁZE W


282 IMPREGNACE

29 OSTATNÍ

3 ŠTÍTY 31 ŠTÍT PŘEDNÍ

32 ŠTÍT ZADNÍ

33 LOŽISKA 331 PŘEDNÍ LOŽISKO

332 ZADNÍ LOŽISKO


39 OSTATNÍ

5 PŘÍSLUŠENSTVÍ 51 ČIDLA 511 ČIDLO OTÁČEK

512 OZUB. VĚNEC PRO SNÍMÁNÍ OTÁČEK

515 ČIDLO TEPOTY VE VINUTÍ 5151 KONEKTOR ČIDEL TEPLOTY

5152 ČIDLO TEPOTY VE FÁZI U

5153 ČIDLO TEPOTY VE FÁZI V

5154 ČIDLO TEPOTY VE FÁZI W

52 VENTILACE 522 VLASTNÍ VENTILACE 5221 VENTILÁTOR NA PŘEDNÍ STRANĚ

5222 VENTILÁTOR NA ZADNÍ STRANĚ


59 OSTATNÍ


3. Určení módů poruch a jejich četností

Rozkladu motoru bylo využito k pojmenování možných poruch na uzlech v nejnižší úrovni pro

každý řádek rozkladu.

3.1 Možné poruchové stavy

Přehled možných poruchových stavů přiřazených jednotlivým uzlům je uveden v tab. 3. Pro

omezený rozsah sborníku není prezentován seznam všech uvažovaných poruchových stavů, ale

jen ukázka přístupu.


Tab. 3: Přehled uvažovaných módů poruch (ukázka přístupu)

OBECNÝ ROZKLAD TRAKČNÍHO MOTORU A MÓDY PORUCH

I. úroveň II. úroveň III. úroveň IV. úroveň kód poruchy mód poruchy - základní událost

1 ROTOR 11 HŘÍDEL 111 PŘEDNÍ KONEC 0000 poškození konce hřídele

112 ZADNÍ KONEC 0000 poškození konce hřídele

12 PAKET ROTOR. PLECHŮ 0003 uvolnění na hřídeli

13 KLEC ROTORU (AC) 131 KRUH NAKRÁTKO 1005 roztažení kruhu nakrátko

1006 utržení kruhu nakrátko v pájeném spoji

1007 vada kruhu nakrátko

1008 uvolnění zděře

132 ROTOROVÉ TYČE 1009 přetržení rotorové tyče blízko pájeného spoje

14 VINUTÍ ROTORU (DC) 141 VYROVNÁVACÍ SPOJKY 1010 porucha vyrovnávacích spojek

142 VINUTÍ 1000 nízký izolační odpor

1001 elektrický průraz na železo

1002 závitový zkrat

1004 porucha uvolněním klínu v drážce

15 KOMUTÁTOR (DC) 151 LAMELOVÝ VĚNEC 1040 vypálené lamely

1041 přetahaná měď

1042 silné opotřebení

152 MANŽETA 1001 elektrický průraz na železo

16 POVRCHOVÁ ÚPRAVA 161 NÁTĚRY 3000 vada nátěru

162 IMPREGNACE 1012 nedostatečné vytvrzení impregnace

17 VYVÁŽENÍ 171 VYVÁŽENÍ NA PŘEDNÍ STRANĚ 0002 ztráta vyvážení

172 VYVÁŽENÍ NA ZADNÍ STRANĚ 0002 ztráta vyvážení

19 OSTATNÍ 3008 ostatní poruchy


Tab. 3: Přehled uvažovaných módů poruch (ukázka přístupu) - pokračování

OBECNÝ ROZKLAD TRAKČNÍHO MOTORU A MÓDY PORUCH

I. úroveň II. úroveň III. úroveň IV. úroveň kód poruchy mód poruchy - základní událost

2 STATOR 21 KOSTRA 0020 prasklina odlitku

22 PAKET STATOR. PLECHŮ 0081 prasknutí svaru na paketu statoru

0082 uvolnění paketu v kostře

23 MEZIKUS 0020 prasklina odlitku

24 VINUTÍ STATORU 241 STATOROVÉ CÍVKY (AC) 1000 nízký izolační odpor




242 PROPOJENÍ UVNITŘ MOTORU 1001 elektrický průraz na železo

1003 vypálení spoje

25 PÓLY (DC) 251 PÓLOVÉ CÍVKY POMOCNÉ 1000 nízký izolační odpor




252 PÓLOVÉ CÍVKY HLAVNÍ 1000 nízký izolační odpor




253 KOMPENZACE 1000 nízký izolační odpor




Způsob volby kódování módů poruch je uveden v tab. 4.

Tab. 4: Přehled kódování módů poruch

první dělení druhé dělení kód módu poruchy

mód poruchy

mechanická část hřídel 0000 poškození konce hřídele

0001 poškození hřídele

0002 ztráta vyvážení

0003 uvolnění na hřídeli

0004 poškození ozubení

0005 poškození výstupního hřídele ozubeného kola

díly z ocelolitiny 0020 prasklina odlitku

0021 poréznost odlitku

spojka 0040 chybné nasazení

0041 porucha vedlejší spojky

kardanová spojka 0060 poškození těsnění vnitř. prostoru kardanové spojky

0061 poškození těsnění závěrného dílu

0062 poškození evolventního drážkování

0063 poškození drážky pro pero ložiskového domku

0064 trhlinky na kardanovém hřídeli

0065 poškození pístu kardanové spojky

0066 prasklina na kardanovém kříži

0067 vymačkaný čep kardanového kříže

0068 únik maziva z kardanového kříže

0069 poškození pera ložiskového domku

0070 vymačkání oběžné plochy ložiskového domku

0071 poškození valivých elementů

0072 jiné poškození ložiskového domku

0073 poškození gufera u vnějšího kloubu

0074 poškození křížového ozubení

0075 trhlinky v oblasti křížového ozubení

magnetický obvod 0080 uvolnění rotorového paketu na hřídeli

0081 prasknutí svaru na paketu statoru

0082 uvolnění paketu v kostře

ložiska 0100 hlučnost ložiska

0101 zadření ložiska

0102 zadření labyrintů ložiska

0103 únik maziva z ložiska

0104 poškození těsnícího kroužku

odvzdušňovač 0120 únik oleje z odvzdušňovače převodovky

0121 neprůchodný odvzdušňovač

závěs motoru 0140 porucha závěsu motoru

0141 popraskání konzoly motoru

0142 utržení konzoly motoru

0143 zrezavění konzoly motoru

0144 poškození pružného elementu


Tab. 4: Přehled kódování módů poruch - pokračování


mód poruchy

elektrická část vinutí 1000 nízký izolační odpor





1005 roztažení kruhu nakrátko

1006 utržení kruhu nakrátko v pájeném spoji

1007 vada kruhu nakrátko

1008 uvolnění zděře

1009 přetržení rotorové tyče blízko pájeného spoje

1010 porucha vyrovnávacích spojek

1011 elektrický přeskok na železo

1012 nedostatečné vytvrzení impregnace

připojení motoru 1020 porucha silového konektoru

1021 mechanické poškození

1022 uvolnění šroubového spojení

1023 netěsnost víka svorkovnice

komutátor 1040 vypálené lamely

1041 přetahaná měď

1042 silné opotřebení

sběrací ústrojí 1060 opaly odlitku kartáčového držáku

1061 opaly přítlačného zařízení

1062 koroze přítlačného zařízení

1063 mechanické poškození izolačního roubíku

1064 hrubá dosedací plocha kartáče

1065 opaly na hranách kartáče

1066 odštípané hrany kartáče

1067 nedostatečné zatemování lanek do kartáče

1068 porucha natáčení nosiče sběrného ústrojí

1069 koroze objímky roubíků

1070 opaly objímky roubíků od přeskoků

příslušenství čidlo otáček 2000 vnitřní vada čidla

2001 znečištění čidla

2002 mechanické poškození nebo uvolnění čidla

2003 přerušení kabelu čidla

2004 ztráta stínění kabelu čidla

2005 mechanické poškození konektoru čidla

2006 ztráta spojení v konektoru čidla

2007 uvolnění ozubeného věnce

2008 poškození ložiska rotačního čidla

2009 uvolnění spojení rotačního čidla s hřídelí motoru


Tab. 4: Přehled kódování módů poruch - pokračování


mód poruchy

čidlo teploty 2020 vadný konektor čidel teploty

2021 porucha čidla teploty

2022 el. průraz čidla teploty na vinutí

2023 ztráta funkce čidla (přerušení přívodů)

2024 el. průraz čidla teploty NB1 na železo

2025 ztráta funkce čidla teploty NB1(přerušení přívodů)

2026 el. průraz čidla teploty NB2 na železo

2027 ztráta funkce čidla teploty NB2(přerušení přívodů)

2028 el. průraz čidla teploty DB1 na železo

2029 ztráta funkce čidla teploty DB1 (přerušení přívodů)

2030 el. průraz čidla teploty DB2 na železo

2031 ztráta funkce čidla teploty DB2 (přerušení přívodů)

Různé 3000 vada nátěru

3001 únik oleje těsněním

3002 porucha vstupního hrdla

3003 porucha výstupního krytu

3004 prasklý ventilátor

3005 uvolnění ventilátoru na zadní straně

3006 poškozený nátěr a rezavění motoru

3007 uvolnění šroubových spojů

3008 ostatní poruchy

3.2 Expertní odhad četností poruch pro konkrétní motor

V týmu jednotliví účastníci předkládali svoje predikce četnosti módů poruch. Přitom vycházeli

ze zkušenosti, počtu zaznamenaných reklamací a u potenciálních poruch expertní odhady.

Následující tabulka uvádí četnosti poruch, výpočet intenzity poruch, pravděpodobnosti poruch

a pravděpodobnost bezporuchového provozu užitím exponenciálního rozložení

pravděpodobnosti pro parametr t = 1 000 000 km.

Intenzity poruch byly stanovovány podílem četností poruch ku celkovému proběhu v km

provozovaných asynchronních trakčních motorů obdobné velikosti a použití. Celkový

zaznamenaný proběh těchto motorů činí celkem 759 175 000 km Pravděpodobnosti

bezporuchového provozu byly přeneseny do stromu poruch k základním událostem.

Následně byly provedeny výpočty odpovídající logickým hradlům až k vrcholové události.

V takto doplněném stromu je vidět nejslabší uzel z hlediska spolehlivosti. Výsledky odhadu

četnosti a výpočtu parametrů spolehlivosti jsou uvedeny v tab. 5. Opět pro omezený rozsah

sborníku není prezentován seznam všech výsledků, ale jen ukázka přístupu.


Tab. 5: Přehled výsledků (ukázka přístupu)

2MLU 3638 K/4

pořadové číslo

poruchy

počet výskytů poruchy

intenzita poruchy

pravděpodobnost poruchy

pravděpodobnost bezporuchového

provozu

ordinal number of

failure

number of failure

failure rate λ [km

-1]

probabilities of failure

F(t) = 1-e-λt

probabilities of failure-free operation R(t) = e

-λt

Roto

r

Hří

del

Shaft

poškození zadního konce hřídele

1 1 1,31722E-09 0,001316352 0,998683648

shaft rear end damage

Paket

rot. p

lechů

Roto

r sta

ck o

f la

m.

uvolnění rotorového paketu na hřídeli

2 0 4,39073E-10 0,000438977 0,999561023

loosening of stack of rotor laminations from the shaft

Kru

h n

akrá

tko

End r

ing

roztažení kruhu nakrátko

3 0 4,39073E-10 0,000438977 0,999561023

End ring extension

utržení kruhu nakrátko v pájeném spoji

4 1 1,31722E-09 0,001316352 0,998683648

End ring break in the soldered joint

vada kruhu nakrátko

5 0 4,39073E-10 0,000438977 0,999561023

End ring failure

Tyč

Bar

přetržení rotorové tyče blízko pájeného spoje

6 0 4,39073E-10 0,000438977 0,999561023 breaking of the rotor bar close to the soldered joint

Vyvážení

roto

ru

Roto

r bala

ncin

g

ztráta vyvážení na přední straně

7 1 1,31722E-09 0,001316352 0,998683648

balance loss at the front side

ztráta vyvážení na zadní straně

8 1 1,31722E-09 0,001316352 0,998683648

balance loss at the rear side


Tab. 5: Přehled výsledků (ukázka přístupu) - pokračování

2MLU 3638 K/4

pořadové číslo

poruchy

počet výskytů poruchy

intenzita poruchy

pravděpodobnost poruchy

pravděpodobnost bezporuchového

provozu

ordinal number of

failure

number of failure

failure rate λ [km

-1]

probabilities of failure

F(t) = 1-e-λt

probabilities of failure-free operation R(t) = e

-λt

Paket sta

toro

vých p

lechů

Sta

tor

sta

ck o

f la

min

atio

n

prasknutí svaru na paketu statoru

9 0 4,39073E-10 0,000438977 0,999561023

weld crack on the stack of stator laminations

Sta

tor

Me

zik

us

Spacer popraskání mezikusu

10 0 4,39073E-10 0,000438977 0,999561023

spacer cracking

Vin

utí

Win

din

g

nízký izolační odpor

11 4,5 5,92749E-09 0,005909954 0,994090046 low insulation resistance

el. průraz vinutí na železo (v drážce)

12 1 1,31722E-09 0,001316352 0,998683648

winding-to-iron breakdown (in the slot)

závitový zkrat

13 4 5,26888E-09 0,005255021 0,994744979

Fault between turns

el. průraz na železo z vnitřího propojení vinutí

14 2 2,63444E-09 0,002630972 0,997369028

internal winding wiring-to-iron breakdown

Pří

vodní kabely

S

upply

cable

s

poškození přívodního kabelu fáze U

15 1 1,31722E-09 0,001316352 0,998683648

supply cable fase U damage

poškození přívodního kabelu fáze V

16 1 1,31722E-09 0,001316352 0,998683648

supply cable fase V damage

poškození přívodního kabelu fáze W

17 1 1,31722E-09 0,001316352 0,998683648

supply cable fase W damage


4. Strom poruchových stavů (FTA)

Strom poruchových stavů byl konstruován využitím rozkladu motoru na uzly a k nim přiřazeným

módům poruch jako základních událostí. Byly užity značky uváděné v literatuře jak pro základní

události tak pro logická hradla odpovídající charakteru analyzovaného systému. Trakční motor,

až na jednu výjimku, má charakter sériového systému. Výjimkou jsou 3 nebo 4 teplotní čidla ve

vinutí statoru, ale pro řízení motoru se používá jen údaj z jednoho a ostatní lze pokládat za

záložní. V případě poruchy zapojeného teplotního čidla, řídící systém pohonu nouzově použije

údaj ze sousedního motoru v podvozku. Při odstávce vozidla se v konektoru přepojí vodič na

fungující teplotní článek.

Analýza FTA byla založena v první fázi na sestavení logického modelu stromu poruch, viz

obr. 4. Ve druhé fázi byl proveden výpočet ve stromu poruch, viz obr. 5.


Obr. 4: Struktura (model) stromu poruch


Obr. 5: Výpočty ve stromu poruch


5. LCC trakčního motoru

Náklady životního cyklu motoru byly kvantifikovány pro preventivní údržbu, viz tab. 6 a pro údržbu po

poruše, viz tab. 7. Opět pro omezený rozsah sborníku není prezentován seznam všech položek pro údržbu

po poruše, ale jen ukázka přístupu.

Tab. 6: Preventivní údržba

Popis MTTR Počet

prac.

Kat. prac. Instrukce pro

údržbu Zařízení pro

údržbu Poznámka

h (G,E,M,S)

Doporučený interval 1 - 10 000 km ± 10 %

vizuální kontrola šroubových spojů, neporušenosti a dotažení průchodek, neporušenosti kabelů, kompletnosti motoru

0,5 1 G Udržovací předpis EdPO448 a.00


vizuální kontrola šroubových spojů, neporušenosti a dotažení průchodek, neporušenosti kabelů, kompletnosti motoru, domazání obou ložisek tukem Shell Retinax LX2

1 1 G Udržovací předpis EdPO448 a.00


činnosti podle Udržovacího předpisu EdPO448 a.00, body 8.5., 9.1. a 9.2.

60 2 G, E Udržovací předpis EdPO448 a.00

Tab. 7: Údržba po poruše (ukázka přístupu)

2MLU 3638 K/4

po

řad

ové č

íslo

čin

no

sti

Popis činnosti MTTR [min]

Počet pracovníků

Cena materiálu

[USD]

Kategorie pracovníka

(G,E,M,S)

Roto

r

Hří

del

poškození zadního konce hřídele

1

demontáž motoru, odstranění aretace na hřídeli, vylisování hřídele, na popis činnosti při opravě novém hřídeli přebroušení průměru pod plechy podle změřeného průměru v paketu a požadovaného přesahu, montáž motoru

360 1,4 26+123 G

shaft rear end damage

Paket

rot. P

lechů

uvolnění rotorového paketu na hřídeli

2

demontáž motoru, odstranění aretace na hřídeli, vylisování hřídele, úprava povrchu pro žárový nástřik materiálu, přebroušení průměru pod plechy podle změřeného průměru v paketu a požadovaného přesahu, montáž motoru

360 1,4 26+123 G loosening of stack of rotor laminations from the shaft


Tab. 7: Údržba po poruše (ukázka přístupu) - pokračování

2MLU 3638 K/4

po

řad

ové č

íslo

čin

no

sti

Popis činnosti MTTR [min]

Počet pracovníků

Cena materiálu

[USD]

Kategorie pracovníka

(G,E,M,S)

Kru

h n

akrá

tko

roztažení kruhu nakrátko

3

demontáž motoru, přetočení kruhů, vyvážení rotoru, montáž motoru

470 1,4 G end ring extension

utržení kruhu nakrátko v pájeném spoji 4

demontáž motoru, zopakování procesu pájení, nátěr, montáž motoru

490 1,2 404 G

end ring break in the soldered joint

vada kruhu nakrátko 5

demontáž motoru, zopakování procesu pájení, nátěr, montáž motoru

490 1,2 404 G

end ring failure

Roto

rová tyč

přetržení rotorové tyče blízko pájeného spoje

6

demontáž motoru, utočení kruhů nakrátko, výměna rotorové tyče, začištění konců tyčí, připájení nových kruhů, vyvážení, montáž motoru

620 1,2 412 G breaking of the rotor bar close to the soldered joint

Vyvážení

roto

ru

ztráta vyvážení na přední straně

7

demontáž motoru, vyvážení rotoru, montáž motoru

420 1,2 G balance loss at the front side

ztráta vyvážení na zadní straně

8

demontáž motoru, vyvážení rotoru, montáž motoru

420 1,2 G balance loss at the rear side

Sta

tor

Paket

sta

toro

vých

ple

chů

prasknutí svaru na paketu statoru

9

vybroušení, zavaření, začištění

50 1 G weld crack on the stack of stator laminations

Me

zik

us

popraskání mezikusu 10

vybroušení, zavaření, začištění

40 1 G

spacer cracking

Vin

utí

nízký izolační odpor

11

vysušení

120 1 G low insulation resistance

elektrický průraz vinutí na železo (v drážce)

12

vytrhat vinutí, převinout, impregnovat, vyzkoušet

9500 1,4 1740 G,E winding-to-iron breakdown (in the slot)

závitový zkrat

13


9500 1,4 1740 G,E fault between turns

elektrický průraz na železo z vnitřího propojení vinutí 14


9500 1,4 1740 G,E internal winding wiring-to-iron breakdown


6. Informace z provozu

Získávání informací z provozu trakčních motorů je už v garančním provozu nesnadná záležitost

a co teprve v pogarančním provozu. Zatím společnost nezajišťovala přítomnost svého pracovníka

v místě provozování motorů ani v době garance a informace o motorech dostávala od servisních

pracovníků finalizující společnosti. Zde se jasně ukazuje nutnost zakotvit podmínky pro

stanovování parametrů spolehlivosti už do smlouvy se zákazníkem v případě, že vznese

požadavek na plnění některého a těchto parametrů. Domníváme se, že nejvhodnější formou by

byl jakýsi "RAMS" dodatek ke smlouvě se zákazníkem podepsaný ale současně se smlouvou.

Svého času jsme uvažovali o Servisní knize v podobě webové stránky do níž by provozovatelé

exportovali relevantní data ze svých záznamů nebo informačního systému v předem stanovených

intervalech (např. čtvrtletně). Parametry spolehlivosti nelze stanovit bez znalosti dob

bezporuchového provozu všech motorů pro jeden typ vozidla.

7. Požadavky zákazníků

V tomto příspěvku jsou uvedeny dva přístupy k chápání spolehlivostních parametrů, se kterými

jsme se při jednání se zákazníkem setkali.

7.1 Počet trakčních motorů na vozidle

Zcela pochopitelným požadavkem je hodnota MDTF nebo MTBF v níž je zahrnut počet motorů

na jednom vozidle. Příklad jednomotorového pohonu je sólo trolejbus, dvoumotorového

kloubový trolejbus (ne každý) a vícemotorové jsou lokomotivy, jednotky metra, předměstské

jednotky a různé varianty lehkých kolejových vozidel (LRV). Ve vlaku pražského metra je

například 20 trakčních motorů (5 vozů po 4 motorech). Pak hodnota MDTF nebo MTTF motoru

musí být tak vysoká, aby to z pohledu vozidla bylo přijatelné.

7.2 Počet trakčních motorů v obchodním případu

Argumentace zákazníka se opírala o úvahu, že v dodávce má být 680 motorů a při ročním

proběhu 120 000 km najedou 680 x 120 000 = 81 600 000 km za rok. Při hodnotě

MDTF = 5 000 000 km by mohlo být ročně 16 motorů v opravě. Proto požadovali po ŠKODA

hodnotu MDTF = 20 000 000 km, aby to byly jen 4 motory.

Date post:	07-Aug-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	2 times
Download:	0 times

Management RAMS a jeho uplatňování v praxi ŠKODA ... · Spolehlivost (základní atribut...

Documents